数字去雾技术在腹腔镜手术中的应用效果简介
杨霞1，顾磊2a，胡文娟2b，刘佩林3，徐庆2a，钟鸣2a
1.上海交通大学附属上海市儿童医院 手术室，上海 200042；2.上海交通大学医学院附属仁济医院 a.胃肠外 科；b.手术室，上海 200127；3.上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240
[摘 要]目的为改善腹腔镜手术中的视图效果，提高手术效率提供依据，本研究探讨了数字去雾技术在腹腔镜手术中应用的可行性。方法将64例腹腔镜下行直肠癌根治术的患者，按数字随机分为观察组和对照组。两组均采用传统热盐水预热+碘伏擦拭作为物理去雾护理方法；对照组使用腹腔镜成像设备，观察组在腹腔镜成像设备的基础上连接了本研究设计的数字去雾处理系统。采用数字评分法对两组在30、60、90 min的视图清晰度进行测评，观察两组手术用时和去雾护理用时。结果两组在不同测量时间的视图清晰度评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。两组在手术用时、去雾护理用时方面比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论数字去雾技术在改善腹腔镜手术中视图效果方面有积极作用，可以减少去雾护理用时，缩短手术用时，提高了手术效率和手术安全性，值得临床推广应用。
[关键词]腹腔镜；数字去雾技术；图像处理；统计学分析
引言
腹腔镜因具有手术创伤小、术后恢复快、节约医疗护理资源等诸多优点，已广泛运用于外科手术。清晰的手术视野是腹腔镜手术顺利开展的保证，可缩短手术时间，减少术中损伤。手术过程中腹腔镜视野起雾经常需要进行处理，甚至手术暂停，严重时也会引起医疗安全问题[1]。目前，临床上主要使用热盐水预热、碘伏棉球擦拭镜头表面、镜头防雾剂等方法进行腹腔镜去雾化处理，有一定的效果[2-3]。但在腹腔镜下行如直肠癌根治术等手术时，由于手术时间较长，需要反复多次取出镜头由器械护士进行去雾处理，会造成医生操作的中断；同时由于超声刀、ligasure等电外科设备的广泛使用，它们所产生的大量组织雾气也日渐成为腹腔镜手术去雾处理的难点，传统去雾处理方法在这方面效果极为有限。本研究组设计并尝试将数字卫星图像去雾处理技术[4]应用于腹腔镜直肠癌根治手术的视图处理中，取得了良好的效果，具有较高的可行性和安全性，现汇报如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取于2014年3月～2015年6月，在上海市某三级甲等综合性医院实施腹腔镜直肠癌根治术的64例患者作为研究对象。纳入标准：① 知情同意、病理诊断为直肠癌、拟行手术的患者；② 年龄18周岁以上；③ 病情分级：I-III级。排除标准：① 伴有严重并发症者；② 病情分级：IV级。根据随机数字表法分为观察组与对照组，其中观察组男29例，女3例，年龄44～87岁，平均（64.6±14.2）岁；对照组男27例，女5例，年龄46～86岁，平均（65.6±13.2）岁。两组患者术前体温正常，手术中环境温度设定24℃，两组年龄、性别、BMI指数、病情分级、手术方式、主刀医生、器械护士等方面比较差异无统计学意义（P>0.05），保证了两组的均衡性和可比性[5-6]。
1.2 方法
1.2.1 干预方法
两组腹腔镜器械均采用Stryker公司的Stryker X8000 Light Source，10mm Laparoscopes，1188 HD 3-Chip Camera，PneumoSure 45L Insuf fl ator。两组均采用热盐水预热加碘伏擦拭的去雾护理操作，即术前腹腔镜镜头经Trocar置入腹腔前，用60～80℃无菌生理盐水预热5～10 min，术中根据需要取出模糊的镜头用碘伏棉球擦拭镜头前端，再用干棉球擦去多余的碘伏以达到去雾的效果。所不同之处在于观察组在腹腔镜成像设备的基础上连接了本研究设计的数字去雾处理系统。
1.2.2 数字去雾处理系统
数字去雾处理系统由上海交通大学电子信息与电气工程学院提供技术支持。根据光学仪器的成像原理，建立烟雾下成像的物理模型：
其中I表示观测到的图像，即输入的含烟雾图像；J表示假设没有液体或固体颗粒散射时候的真实图像，即去烟雾的目标图像；t为颗粒散射传递函数，即场景色彩在各个区域通过程度的描述；A为环境背景颜色值。有此数学模型后，我们可以求解目标无烟雾图像，即J。目前已知值为输入图像I，要求解目标无烟雾图像J，则必须尽可能好的去估计传递函数t和环境背景颜色值A。此时就需要添加合理的先验假设进行求解，根据图像暗通道（Dark Channel Prior，DCP）的统计规律[7-8]，对问题进行求解。具体的成像算法已有相关论文发表在Surgical Innovation杂志上[9]。
1.2.3 评价指标
（1）视图效果。视图清晰度是腹腔镜手术中去雾成效的重要评价指标。为此我们将术中的视图清晰度进行量化评分，0分代表烟雾严重无法识别，5分代表完全清晰。由一名经过培训的专科护士分别在手术进程的30、60、90 min对主刀医生进行视图清晰度测评。
（2）手术效率指标。由经过培训的专科护士观察记录手术过程中器械护士去雾护理的时间，将其求和以得出本台手术的总去雾护理用时；手术用时以腹腔镜镜头经Trocar置入腹腔起至皮肤缝合止计算。
1.2.4 统计学分析
采用SPSS16.0软件进行统计学处理。采用两独立样本t检验比较两组视图效果、去雾护理用时、手术用时，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
经t检验，两组不同测量时间的视图清晰度评分均有统计学意义（P<0.05）。两组视图清晰度比较结果，见表1。由表1可以看出，将数字卫星图像去雾处理技术应用于腹腔镜直肠癌根治手术的视图处理后，在90 min时仍然可以达到较好的视图效果。
去雾护理用时，手术用时比较，差异有统计学意义（P<0.05），两组手术去雾护理用时以及手术用时比较结果，见表2。由表2可以看出，将数字卫星图像去雾处理技术应用于腹腔镜直肠癌根治手术的视图处理后，去雾护理用时和手术用时均明显缩短。
表1 两组视图清晰度比较
注：*P<0.05，**P=0.002，***P<0.01。
表2 两组手术去雾护理用时、手术用时比较
注：*P<0.05
使用数字去雾技术后，腹腔镜视频整体画面流畅，无时间延迟，无明显图像信息缺失。去雾效果明显，画面像素及解析度降低不大，色差在可接受范围内，操作者体验较好。腹腔镜手术图像显示结果，见图1。
图1 腹腔镜手术图像
注：a.常规显示器显示图像；b.数字去雾处理后显示图像。
3 讨论
本研究中的数字去雾技术，亦称数字减雾技术，是通过数字化软件处理达到优化图像的效果，目前主要应用于卫星图像去雾的处理[10-11]。本研究结果显示观察组的视图清晰度评分明显优于对照组的同期评分，观察组的去雾护理用时和手术用时明显少于对照组。由此可见数字去雾技术能有效减轻镜头起雾和组织烟雾对腹腔镜成像效果的影响，同时相对清晰的手术视野又减少了去雾处理护理工作，保障了手术进程的流畅性，明显缩短了手术用时，提高了手术效率，具有一定的实用价值。目前各大医疗器械公司出品的腹腔镜设备只是单纯在成像硬件上进行革新而未能更多关注后台图像处理软件的创新。本研究为解决腹腔镜手术中起雾问题提供了一种新思路、一种新方法。不足之处在于我们的技术还停留在起步阶段，包括图像解析度、分辨率、色差等图像基本单位因处理后都有不同程度的降低，但在可接受范围内；包括我们的数字处理系统还需要外接尚未整合到腹腔镜成像设备内部，这些仍需我们进一步和多方面协作研究解决。
腹腔镜手术中视野起雾会影响手术进程和手术安全性，是一个困扰手术护理的重要问题。其中镜头起雾原因大多是由于腹腔内外存在温差，因此临床上使用热盐水预热、碘伏棉球擦拭镜头表面、镜头防雾剂等方法会有一定的效果[12]。随着超声刀、ligasure等电外科设备在腹腔镜中的广泛使用；它们所产生的大量组织雾气已日渐成为了腹腔镜手术起雾处理的新难点。传统物理去雾效果一般有效性在30 min，仅限于短时间手术，并且在处理组织雾气方面收效甚微。根据我们的临床体会，如手术时间偏长，则起雾的频率和严重程度都会不同程度的增加。随着直肠癌根治术之类耗时较长的手术的腹腔镜化，手术过程中通常需要进行多次去雾处理，这不仅会影响手术进程，也会增加手术感染风险[13]。本研究中的数字去雾技术能够有效应对腹腔镜手术发展的这种新情况，然而对于用时较长的手术是否更为有效还需进一步研究。总而言之，如何有效应对腹腔镜手术中的视野起雾情况，值得手术管理者持续关注和思考。
4 结论
腹腔镜手术中应用数字去雾技术可显著提高视野清晰度、缩短去雾护理用时，缩短手术用时, 保障腹腔镜手术的安全性, 满足腹腔镜手术发展变化的新要求，值得临床推广应用。
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Introduction to the Application Effect of Digital Defogging Technology in the Laparoscopic Surgery
Abstract：ObjectiveTo explore the application feasibility of Digital Defogging Technology (DDT) in laparoscopic surgery with the aim of improving view effects during operation and operative efficiency.Methods64 patients received laparoscopic radical resections for colorectal cancer were randomly divided into observation group and control group. Both of the two groups adopted the physical defogging methods that combined traditional pre-heat of warm saline and wipe of iodine. Laparoscopic imaging equipment was adopted by control group, while digital defogging system was additionally used in observation group. Image def nition of the two groups was evaluated by numeric rating scale at 30min, 60min, and 90 min of operation respectively. Besides, operation and defogging time were calculated.ResultsComparison of the image def nition of the two groups at different measuring time has statistical signif cance (P＜0.05); difference of the two groups’ operation and defogging time is statistically signif cant (P＜0.05).ConclusionDigital defogging system has positive effects in improving image def nition during laparoscopic surgery in terms of shortening surgery and defogging time. It is worthy of clinical application due to its higher eff ciency and safety.
Key words：laparoscope; digital defogging technology; image processing; statistical analysis
YANG Xia1, GU Lei2a, HU Wen-juan2b, LIU Pei-lin3, XU Qing2a, ZHONG Ming2a
1. Operating Room, Shanghai Children’s Hospital Aff liated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200042, China; 2. a. Gastrointestinal Surgery；b. Operating Room, Ren Ji Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200127, China; 3. Electronic Information and Electrical Engineering College, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
[中图分类号]TH772+.2；TH776+.1
[文献标识码]B
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2016.12.029
[文章编号]1674-1633(2016)12-0107-03
收稿日期：2016-06-13
修回日期：2016-07-28
基金项目：上海交通大学医工交叉研究基金（YG2014MS42）。